Name: mapping cortical dynamics using simultaneous meg/eeg and anatomically-constrained minimum-norm estimates: an auditory attention example
Uploaded: 2012-10-24T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Mapping Cortical Dynamics Using Simultaneous MEG/EEG and Anatomically-constrained Minimum-norm Estimates: an Auditory Attention Example at JoVE.com

Forfatterne ønsker å takke Matti S. Hämäläinen, Lilla Zöllei og tre anonyme anmeldere for nyttige kommentarer. Finansieringskilder: R00DC010196 (AKCL); T32DC000018 (EDL), T32DC005361 (RKM).

1. Anatomisk datainnsamling og bearbeiding <ol><li> Kjøpe en magnetisasjon forberedt rask stigning ekko (MPRAGE) MR av faget. Dette kan ta 5-10 minutter avhengig av hvilke spesifikke skanning protokollen brukes. </li><li> Erverve ytterligere to raske lav vinkel skudd (FLASH) MR (flip vinkler = 5 ° og 30 °) hvis EEG data brukes for inverse bildebehandling analyse, som flash-sekvenser gir forskjellige vev kontrast fra standard MPRAGE sekvenser en. </li><li> Bruk FreeSurfer programvare (se tabell) 2, 3...

<ol>
	<li>Fischl, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatically+parcellating+the+human+cerebral+cortex.">Automatically parcellating the human cerebral cortex.</a> Cerebral Cortex. 14, 11-22 (2004).</li><li>Dale, A., Sereno, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+localization+of+cortical+activity+by+combining+EEG+and+MEG+with+MRI+cortical+surface+reconstruction:+A+linear+approach.">Improved localization of cortical activity by combining EEG and MEG with MRI cortical surface reconstruction: A linear approach.</a> Journal of Cognitive Neuroscience. 5, 162-176 (1993).</li><li>Fischl, B., Sereno, M. I., Dale, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cortical+surface-based+analysis.+II:+Inflation,+flattening,+and+a+surface-based+coordinate+system.">Cortical surface-based analysis. II: Inflation, flattening, and a surface-based coordinate system.</a> NeuroImage. 9, 195-207 (1999).</li><li>Liu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+Mapping+with+Simultaneous+MEG+and+EEG.">Functional Mapping with Simultaneous MEG and EEG.</a> Journal of Visualized Experiments. (40), e1668 (2010).</li><li>Brainard, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Psychophysics+Toolbox.">The Psychophysics Toolbox.</a> Spatial Vision. 10, 433-436 (1997).</li><li>Uusitalo, M. A., Ilmoniemi, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signal-space+projection+method+for+separating+MEG+or+EEG+into+components.">Signal-space projection method for separating MEG or EEG into components.</a> Med. Biol. Eng. Comput. 35, 135-140 (1997).</li><li>Taulu, S., Simola, J., Kajola, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+the+signal+space+separation+method.">Applications of the signal space separation method.</a> IEEE Transactions on Signal Processing. 53, 3359-3372 (2005).</li><li>Urbach, T. P., Kutas, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interpreting+event-related+brain+potential+(ERP)+distributions:+Implications+of+baseline+potentials+and+variability+with+application+to+amplitude+normalization+by+vector+scaling.">Interpreting event-related brain potential (ERP) distributions: Implications of baseline potentials and variability with application to amplitude normalization by vector scaling.</a> Biological Psychology. 72, 333-343 (2006).</li><li>Lin, F. -. H., Belliveau, J. W., Dale, A. M., H&#228;m&#228;l&#228;inen, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distributed+current+estimates+using+cortical+orientation+constraints.">Distributed current estimates using cortical orientation constraints.</a> Human Brain Mapping. 27, 1-13 (2006).</li><li>Dale, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+statistical+parametric+mapping:+combining+fMRI+and+MEG+for+high-resolution+imaging+of+cortical+activity.">Dynamic statistical parametric mapping: combining fMRI and MEG for high-resolution imaging of cortical activity.</a> Neuron. 26, 55-67 (2000).</li><li>Nichols, T., Hayasaka, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+the+familywise+error+rate+in+functional+neuroimaging:+a+comparative+review.">Controlling the familywise error rate in functional neuroimaging: a comparative review.</a> Statistical Methods in Medical Research. 12, 419-446 (2003).</li><li>Nichols, T. E., Holmes, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonparametric+permutation+tests+for+functional+neuroimaging:+a+primer+with+examples.">Nonparametric permutation tests for functional neuroimaging: a primer with examples.</a> Human Brain Mapping. 15, 1-25 (2001).</li><li>Pantazis, D., Leahy, R. M., Hansen, P., Kringelbach, M., Salmelin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Statistical+Inference+in+MEG+Distributed+Source+Imaging.">Statistical Inference in MEG Distributed Source Imaging.</a> MEG: An Introduction to Methods. , 245-272 (2010).</li><li>Ahveninen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Attention-driven+auditory+cortex+short-term+plasticity+helps+segregate+relevant+sounds+from+noise.">Attention-driven auditory cortex short-term plasticity helps segregate relevant sounds from noise.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. , 1-6 (2011).</li><li>Sharon, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+advantage+of+combining+MEG+and+EEG:+comparison+to+fMRI+in+focally+stimulated+visual+cortex.">The advantage of combining MEG and EEG: comparison to fMRI in focally stimulated visual cortex.</a> Neuroimage. 36, 1225-1235 (2007).</li><li>Herrmann, B., Maess, B., Hasting, A. S., Friederici, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Localization+of+the+syntactic+mismatch+negativity+in+the+temporal+cortex:+An+MEG+study.">Localization of the syntactic mismatch negativity in the temporal cortex: An MEG study.</a> NeuroImage. 48, 590-600 (2009).</li><li>Baillet, S., Hansen, P., Kringelbach, M., Salmelin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Dowser+in+the+Fields:+Searching+for+MEG+Sources.">The Dowser in the Fields: Searching for MEG Sources.</a> MEG: An Introduction to Methods. , 83-123 (2010).</li><li>Gutschalk, A., Micheyl, C., Oxenham, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+correlates+of+auditory+perceptual+awareness+under+informational+masking.">Neural correlates of auditory perceptual awareness under informational masking.</a> PLoS Biology. 6, e138 (2008).</li></ol>

For å beregne dipole aktivering på hjernebarken fra de oppkjøpte MEG / EEG data, må vi løse en invers problem, som ikke har en unik stabil løsning med mindre hensiktsmessige anatomisk og fysiologisk lyd begrensninger er brukt. Bruke den anatomiske begrensningen ervervet for det enkelte fag ved hjelp av MR og vedta minimum-norm som vår estimering kriterium, kan vi komme frem til en invers cortical gjeldende kilde anslår at enig med sensormålinger. Denne tilnærmingen har vist seg nyttige i studier av ikke bare l...

<table border="1"><tbody><tr><td> Navn på utstyr / software </td><td> Selskapet / kilde </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 306-kanals Vectorview MEG system </td><td> Eleka-Neuromag Ltd, </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 1,5 T Avanto MR skanner </td><td> Siemens Medical Solutions </td><td></td><td></td></tr><tr><td> FreeSurfer </td><td></td><td></td><td> <a href="http://freesurfer.net/" target="_blank">http://freesurfer.net/</a> </td></tr><tr><td> MNE programvare </td><td></td><td></td><td> <a href="http://www.nmr.mgh.harvard.edu/martinos/userInfo/data/sofMNE.php" target="_blank">http://www.nmr.mgh.harvard.edu/martinos/userInfo/data/sofMNE.php</a> </td></tr><tr><td> EEG elektroder </td><td> Brain Produkter, EasyCAP GmbH </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 3Space Fastrak system </td><td> Polhemus </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Optisk knapp boksen (EFE-932) </td><td> Gjeldende Designs </td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

mapping cortical dynamics using simultaneous meg/eeg and anatomically-constrained minimum-norm estimates: an auditory attention example

Magneto-og elektroencefalografi (MEG / EEG) er Bildediagnostiske teknikker som gir en høy tidsoppløsning spesielt egnet til å undersøke kortikale nettverk involvert i dynamiske perseptuelle og kognitive oppgaver, for eksempel å delta på ulike lyder i et cocktailparty. Mange tidligere studier har ansatt data registrert på sensoren nivå bare har ie., De magnetiske feltene eller de elektriske potensialer registrert utenfor og i hodebunnen, og vanligvis fokusert på aktivitet som er tid-låst til stimulans presentasjonen. Denne type arrangement-relaterte felt / potensielle Analysen er spesielt nyttig når det er bare et lite antall av distinkte dipolare mønstre som kan bli isolert og identifisert i rom og tid. Alternativt, ved å utnytte anatomisk informasjon, kan disse forskjellige feltmønsterne lokaliseres som strømkilder på hjernebarken. Imidlertid, for en mer vedvarende respons som ikke kan være tid-låst til en spesifikk stimulus (f.eks.,i forberedelse for å lytte til en av de to samtidig presenteres talte sifre basert på cued auditive funksjonen) eller kan bli fordelt over flere romlige steder ukjente a priori kan rekrutteringen av et distribuert kortikale nettverket ikke tilstrekkelig fanget ved hjelp av en begrenset antall fokale kilder. Her beskriver vi en fremgangsmåte som benytter individuelle anatomiske MRI data for å etablere et forhold mellom sensoren informasjon og dipol aktivering på cortex gjennom bruk av minimum-norm estimater (MNE). Dette invers avbildning tilnærmingen gir oss et verktøy for distribuert kilde analyse. Veiledende, vil vi beskrive alle prosedyrer ved hjelp FreeSurfer og MNE programvare, både fritt tilgjengelig. Vi vil oppsummere MR sekvenser og analyse skritt som kreves for å produsere en fremskutt modell som gjør oss i stand til å forholde forventet feltet mønster forårsaket av dipoler fordelt på cortex på de M / EEG sensorer. Next, vil vi gå gjennom de nødvendige prosessene som letter oss i denoising sensordataene fra miljømessige og fysiologiske forurensninger. Vi vil da skissere fremgangsmåten for å kombinere og kartlegging MEG / EEG sensor data på cortical plass, og dermed produsere en familie av tidsserier av kortikale dipol aktivering på hjernen overflaten (eller &quot;hjernen filmer&quot;) knyttet til hver eksperimentell tilstand. Til slutt vil vi fremheve noen statistiske teknikker som gjør det mulig for oss å gjøre vitenskapelig slutning over et emne befolkningen (ie., Utføre gruppe-nivå analyse) basert på en felles kortikale koordinatsystem plass.

Watch this Scientific Journal Video about Mapping Cortical Dynamics Using Simultaneous MEG/EEG and Anatomically-constrained Minimum-norm Estimates: an Auditory Attention Example at JoVE.com

Mapping Cortical Dynamics Using Simultaneous MEG/EEG and Anatomically-constrained Minimum-norm Estimates: an Auditory Attention Example

Vi bruker Magneto-og elektroencefalografi (MEG / EEG), kombinert med anatomisk informasjon fanget av magnetisk resonans imaging (MRI) for å kartlegge dynamikken i kortikale nettverket i forbindelse med auditiv oppmerksomhet.

Kartlegging Kortikale Dynamics Bruke Samtidige MEG / EEG og anatomisk begrenset Minimum-norm estimater: en auditiv oppmerksomhet Eksempel

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Functional Mapping with Simultaneous MEG and EEG

We use magnetoencephalography (MEG) and electroencephalography (EEG) to locate and determine the temporal evolution in brain areas involved in the ...

Preparation and Culture of Chicken Auditory Brainstem Slices

The chicken auditory brainstem is a well-established model system that has been widely used to study the anatomy and physiology of auditory processing at ...

Recording Human Electrocorticographic (ECoG) Signals for Neuroscientific Research and Real-time Functional Cortical Mapping

Recording Human Electrocorticographic ECoG Signals for Neuroscientific Research and Real-time Functional Cortical Mapping

Opptak menneskerettigheter Electrocorticographic (ECOG) Signaler for nevrovitenskapelig forskning og Real-time Funksjonell kortikal Mapping

Neuroimaging studies of human cognitive, sensory, and motor processes are usually based on noninvasive techniques such as electroencephalography (EEG), ...

Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

Funksjonell Imaging av auditive cortex hos voksne katter ved hjelp av høy-feltet fMRI

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal ...

Optogenetic Stimulation of the Auditory Nerve

Optogenetic Stimulering av hørselsnerven

Direct electrical stimulation of spiral ganglion neurons (SGNs) by cochlear implants (CIs) enables open speech comprehension in the majority of implanted ...

Touchscreen Sustained Attention Task (SAT) for Rats

Touchscreen Sustained Attention Task SAT for Rats

Berøringsskjerm vedvarende oppmerksomhet oppgave (LØR) for rotter

Sustained attention is the ability to monitor intermittent and unpredictable events over a prolonged period of time. This attentional process subserves ...

Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat

Samtidig opptak av kortikale lokale feltet potensialene, elektrokardiogram, eletromyografi og puste rytmen fra en fritt flyttende rotte

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls ...

Visualization of Motor Axon Navigation and Quantification of Axon Arborization In Mouse Embryos Using Light Sheet Fluorescence Microscopy

Visualisering Motor Axon navigasjon og kvantifisering av Axon Arborization i Mouse embryoer bruker lys ark fluorescens mikroskopi

Spinal motor neurons (MNs) extend their axons to communicate with their innervating targets, thereby controlling movement and complex tasks in ...

Rat Model of Widespread Cerebral Cortical Demyelination Induced by an Intracerebral Injection of Pro-Inflammatory Cytokines

Rottemodell av utbredt cerebral kortikale demyelinering indusert av en intracerebral injeksjon av proinflammatoriske cytokiner

Multiple sclerosis (MS) is the most common immune-mediated disease of the central nervous system (CNS) and progressively leads to physical disability and ...

Statistical Modelling of Cortical Connectivity Using Non-invasive Electroencephalograms

Statistisk modellering av kortikale tilkobling ved hjelp av ikke-invasiv Electroencephalograms

Non-invasive electrophysiological recordings are useful for the evaluation of nervous system function. These techniques are inexpensive, fast, replicable, ...